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4D打印:从创意到现实pdf/doc/txt格式电子书下载

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书名:4D打印:从创意到现实pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:本书读懂4D打印!看透商业模式,剖析行业应用,演练未来实战!

作者:徐旺编

出版社:清华大学出版社

出版时间:2016-06-01

书籍编号:30305530

ISBN:9787302435334

正文语种:中文

字数:62455

版次:1

所属分类:互联网+-人工智能

全书内容:

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内容简介


本书是一本全面揭密4D打印的诞生历程、打印原理、发展状况、行业预测、发展优势、商业模式、跨界应用、创新商机、机遇与限制的专著,文中对4D打印在制造业、医疗业、军事业、航空业、交通业、食品行业、服饰行业等领域中的应用做了详细的介绍,为传统打印的跨界、转型提供了有效的实战指导。全书分为10章,具体内容包括:感受精彩,走近4D打印;明白区别,4D与3D的关系;生活预测,12大经典应用;发展优势,制造业抢占先机;跨界应用,让4D打印飞起来;发展限制,痛点和难点要知晓;抓住契机,影响和机遇同在;掌握尺度,法律和道德并存;商机和创新,4D打印概念股与创客;环保和强国,4D打印的未来之途。本书内容全面、详细,适合于从事图文设计、产品设计、打印印刷等工作的人员,如制造业技术人员、产品开发人员、产品设计师等,以及企业高管、创业者、大学生等关注4D打印及新技术的读者,特别是注重创新理念、自主创业的创客一族。

前言


写作背景


(1)3D打印的发展与市场基础


目前,3D打印在医疗产业、航空航天、建筑、工业设计、工程施工、教育、珠宝、模具制造、科研考古以及其他诸多领域都有着较大的应用,其市场规模呈几何级增长态势,预计到2020年,全球3D打印市场规模将突破210亿美元。其中,中国市场的潜力巨大,预计2016年国内3D打印市场的规模可达到100亿元左右,成为全球最大的3D打印市场。


(2)4D打印的发展优势与未来可能


在3D打印已经取得较大发展的基础上,4D打印作为具有更大发展优势的新技术,可以大幅降低成本,完全取代人工组装;彻底实现零库存,有效简化制造环节;无限组合材料,充分放大创意空间;极大地降低制造的专业性,终结产品的不良率,实现批量生产的一致性……可以预见,在不远的未来,4D打印将在各行业中实现更大的应用可能,如生物医疗、军事工业、航空航天、制造业、交通工具、食品行业、服饰配件、互联网、金融行业等。


本书从4D打印的工作原理与发展优势出发,系统地对4D打印的未来发展趋势进行了预测,并通过大量图解来进行辅助说明,为有志于借助4D打印来进行企业转型、自主创业的人士提供了全方位的发展与应用解读,并为广大科普爱好者奉献了一本有关4D打印的知识宝典。

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本书特色


(1)全面的内容介绍


本书集合了4D打印的诞生、工作原理、研发现状、产生的意义、制造业发展优势、应用预测、与3D打印的关系等内容,对4D打印进行了全面的剖析。


(2)丰富的图解说明


书中安排了近200张内容结构图解,以分总、总分、并列铺陈等方式对内容做了细致、全面的展示与分析,思路清晰,条理分明。


(3)完备的功能查询


书中紧扣4D打印的工作原理和特点,对9大主流行业的4D打印应用进行了预测,讲解具体,读者可以轻松看透4D打印背后有关产品“时间成型”的奥秘。


读者定位


本书适合以下读者:一是从事图文设计、产品设计、打印印刷等工作的人员,如制造业技术人员、产品开发人员、产品设计师;二是希望通过4D打印等新技术获得第一桶金的投资者、创业者,如创客一族;三是希望通过4D打印实现企业跨界、转型的企业高管与企业家们;四是爱好和想了解4D打印的人士。


作者信息


本书由徐旺主编,其他参加编写的人员有周玉姣、柏慧、张瑶、苏高、罗磊、刘嫔、罗林、宋金梅、曾杰、周旭阳、袁淑敏、谭俊杰、徐茜、杨端阳、谭中阳、张国文、李四华、陈国嘉等。由于时间仓促,书中难免存在疏漏与不妥之处,欢迎广大读者来信咨询和指正。


编者


作者简介


徐旺,男,从事设计、印刷、打印行业三十余载(现为某印刷厂副厂长),长期关注3D、4D打印市场,对于立体打印及印刷有着独到的见解。著有《3D打印:从平面到立体》一书。

第1章 感受精彩,走近4D打印

学前提示


4D打印敲响了2013年TED大会“年轻、智者、未知”的大门,以昂扬的姿态宣告了“把智慧植入材料当中”,为科学研究开辟了一个崭新的领域,其未来可能是又一次科技革命。

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1.1 4D打印的诞生


手机展销会上,那些在极短的时间内制造出的琳琅满目的手机外壳(如图1-1所示);在2012年伦敦奥运会上,那列由我国著名雕塑家黄剑女士创作的青铜群雕——《2012伦敦马球图》(如图1-2所示);美国国家地理网站上,那只生活在3.9亿年前,浑身尖刺、硬甲覆盖的远古生物立体模型;在奥地利首都维也纳举行的Space for the city展览会上,展出的那个名为Morzinplatz-Schwedenplatz的城市规划模型……以上这些,都是利用3D打印技术制造的,范围涉及各类科学和工业领域,其应用范围之广、成品制作之新奇时常让人叹为观止。那么,号称比3D打印多一个维度的4D打印,究竟又将展示给人们怎样的视觉盛宴呢?









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图1-1 3D打印手机壳 图1-2 2012伦敦马球图

首先,需要对打印有一些基本的了解。如图1-3所示展示了1D到4D的概念模型。在日常生活中,人们普遍认知的“打印”就是2D打印,也就是在平面上进行的打印,包含X、Y两个维度。3D打印,通俗的理解就是在X、Y两个维度的基础上增加一个Z的维度,就构成了三维立体空间。

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图1-3 1D到4D的概念模型

4D打印,顾名思义,就是在3D打印X、Y、Z立体维度的基础上增加一个维度T,即时间维度,这就意味着4D打印融入了时间,实现了空间维度与时间维度的统一。


你也许会问:“时间也是可以打印的吗?”在以前,人们会毫不犹豫地回答:“不可以。”


但是,在科学技术发展日新月异的今天,在美国斯凯拉•蒂比茨(Skylar Tibbits)的科学词典里,却有着截然不同的答案——时间是可以打印的。4D打印技术就可以打印出能随时间变化而改变的物体,而这种改变可以理解为自我组装。


1.1.1 4D打印诞生的标志


自20世纪70年代以来,计算机软件、印刷设备和材料等领域的科学技术日渐发展成熟,在此基础上,3D打印技术取得了长足的发展。现今,业内异常热闹,欲“毕其功于一役”,有种想要一举改变制造业模式的态势。虽然很多人仍对3D打印持观望态度,甚至是了解极少,然而社会的发展并不会以人们的接受与否为基准。俗话说:“你永远跟不上科技的脚步”,新技术总是以超乎预见的速度发展,正如智能穿戴在一夜之间就从科幻片中走出并进入了日常生活中一样。4D打印也是如此,在很多人还闻所未闻时,一夜之间便进入了人们的视野。


2013年2月25日至3月1日,在美国加利福尼亚州长滩,主题为“年轻、智者、未知”的TED(technology,entertainment,design,即技术、娱乐、设计)2013大会正如火如荼地进行。振奋人心的演讲,令人惊叹的照片,精彩纷呈。


其中,年仅28岁的美国计算机科学家、麻省理工学院(MIT)建筑部讲师斯凯拉•蒂比茨首次通过视频向外界展示了一个技惊四座的“魔术”——将一根奇特材质的线状物体放入水中,然后人们发现,这一线状物体竟如电影特技一般,慢慢发生扭曲变形,最终变形为“立方体”,如图1-4所示。这毫无悬念地收获了在场观众的惊叹和艳羡,也给世界科技界提供了又一新的可供思考和研发的项目。可以预见,这一技术将来得到广泛应用时,人们会永远铭记这一历史性时刻。

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图1-4 4D打印“立方体”

在斯凯拉•蒂比茨的TED大会演讲视频中,能在水中改变形状的线状物体是通过将吸水聚合材料与碱性塑料组合,通过3D打印机制造而成的,形成这类效果的技术被定义为4D打印。


这一实验向人们诠释了一种不同以往的制造理念和模式,产品是可以随时间“生长”、变化的,能够自我组装,这标志着4D打印的诞生。


1.1.2 4D打印诞生的背景


一种新的科学技术的诞生,总是在一定的社会大环境下发生的,不能离开现有社会的经济发展需求和人们的生活需求;另外,还必须具有一定的技术支撑,即必须在已有技术发展到相当程度且已能够支撑起新技术研发的基础时,新技术才会产生。4D打印的诞生也是如此。


概括地说,4D打印诞生的背景有3个方面,如图1-5所示。

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图1-5 4D打印诞生的背景

1.传统制造业变革的需求


制造业一般是指加工工业,属于三次产业分类中的第二产业,在国民经济各产业中占有举足轻重的地位。


从最开始的纯手工制造到渐渐发展为后来的机器大生产、佐以人工操作,在这一发展过程中传统制造业可以说是饱经沧桑。


今天,随着社会科学技术的发展,制造业也相应地提出了新的变革需求,特别是自20世纪40年代,第三次技术革命(又称现代技术革命)开始并以迅猛的速度向前发展的情况下。


作为其主要标志的原子能、空间技术和电子计算机技术的广泛应用,尤其是信息技术革命的发展,引起了传统制造业领域的自动化与大发展,产生了高新技术制造产业。世界制造业的格局发生了重大的变化,如图1-6所示。

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图1-6 制造业信息化发展趋势

当前制造业发展的形势如图1-7所示。

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图1-7 当前制造业发展形势

现今,美国、日本等发达国家纷纷开展了大量的对策研究,调整产业政策与技术政策,提出了许多新概念、新思想、新观点,先后诞生了许多先进制造技术与系统,如图1-8所示。

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图1-8 国际制造业采用或准备采用的先进制造技术和系统

这些先进的制造技术和系统使现代制造技术由传统意义上的单纯机械加工技术转变为集机械、电子、材料、信息和管理等诸多技术于一体的先进制造技术,实现制造业的高技术化。


美国政府的“新一代制造计划”和日本政府提出的3R环境保护的新概念向人们揭示了世界制造业的发展新趋势,即创造的全球化、技术的高级化、产业的集群化和制造的绿色化。


而现代制造业发展趋势赖以生存的信息技术发展对产品的设计理念及其实现提出了新的要求,一是在横向上以更宽的视野去看待产品设计,二是在纵向上更关注产品的整个生命周期,即从满足人的需求出发,进行产品创意、方案构思、试制、加工生产,直到营销、售后服务、产品毁弃处理。


新一代数控技术强调具有开放式、智能化的特征,各国正着力进行新一代开放式体系结构和具有智能型功能的数控技术的开发与研究。


目前全球工业已经进入4.0时代,如图1-9所示。

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图1-9 工业4.0时代

其核心是互联网对传统工业的渗透,从而使得传统制造业完成智能升级,如图1-10所示。

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图1-10 传统制造业的智能升级

无论是对设计理念的重视及其实现,还是具有智能型功能的各种技术(如材料)的研发,抑或是产品整个周期的数字化,这些都为4D打印的诞生提供了技术的温床。


2.3D打印技术日渐成熟


3D打印自20世纪70年代出现以来,已经得到了长足发展。3D打印技术的应用领域正逐步拓展,通过与数控加工、硅胶模、金属冷喷涂等多种制造手段结合,已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段,如图1-11所示。

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图1-11 3D打印零件、模具

3D打印技术的发展日渐成熟,其表现如图1-12所示。

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图1-12 3D打印技术的发展

(1)3D打印技术应用领域拓宽,主要领域如图1-13所示。

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图1-13 3D打印技术应用的主要领域

以上所述标志着3D打印对社会发展的影响已从制造业领域的成品中走出,扩展到了其他领域,并进而影响了人类创新思维的方式,尤其是科学技术的研发方式。


据统计,2009—2011年的3年间,应用于航空器制造领域的设备市场份额由9.9%上升到了12.1%,医学领域的市场份额由13.6%上升到了15.1%。


(2)3D打印技术的研发状况与政策支撑。


① 3D打印技术的研发现状如图1-14所示。

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图1-14 3D打印技术研发现状

② 政策支撑。


在3D打印这一新技术领域方面,美国政府投入了很大关注,最大程度上对其给予政策支撑,如图1-15所示。

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图1-15 3D打印技术的政策支撑

3D打印把人工智能从计算机虚拟世界拓宽到现实世界,把3D打印机与计算机数字技术相结合,再加上当今社会互联网的日益普及,社会变革和科技革新由此爆发,4D打印应运而生。


3.互联网购物的普及


互联网购物,就是人们通过互联网检索所需商品信息,并通过电子订购单发出购物请求,然后提供私人支票账号或信用卡号码,最后厂商通过邮寄的方式或

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